Новая книга для лесоводов: Прогнозування поширення пожеж та осередків шкідливих комах у соснових лісах засобами ГІС

Вышла свежая монография на актуальную тему. Её авторы один из ведущих лесных энтомологов Украины Валентина Мешкова и Александр Борисенко, относительно недавно порадовавший интересной кандидатской диссертацией и в настоящее время сменивший легендарного знатока новых информационных технологий, известного своей принципиальность А.Полупана. Ниже я привожу резюме, введение, а также выводы и рекомендации монографии. Конечно Вы найдете и ссылку для скачивания. Благодарим авторов выславших нам свою работу. Скачивайте, читайте комментируйте… М.П.

• 

• 

Прогнозування поширення пожеж та осередків шкідливих комах у соснових лісах засобами ГІС: Монографія / О. І. Борисенко, В. Л. Мєшкова. – Х.: Планета-Прінт, 2021. – 148 с.

І8ВК 978-617-7897-67-4

Наведено результати досліджень щодо виявлення особливостей поширення у соснових лісах пожеж, осередків комах-хвоєгризів і короїдів та розроблення методичних підходів для прогнозування найбільш небезпечних ділянок виникнення осередків.

Виявлено особливості просторово-часової динаміки всихання соснових насаджень із домінуванням верхівкового короїда. Доведено, що найбільше значення для поширення осередків “короїдного” всихання мають склад і вік насаджень. Відносна повнота насаджень є менш важливим чинником ризику, ніж її раптове зменшення. Запропоновані методики прогнозування ризику виникнення пожеж і осередків шкідливих комах включено до інформаційної системи охорони лісів від пожеж і моніторингу шкідників лісу з можливістю оперативного відображення інформації осередків на геопорталі “Ліси України”.

Розраховано на фахівців лісового господарства, захисту лісу, науковців, аспірантів і студентів лісогосподарських та біологічних факультетів ВНЗ.

ВСТУП

Останнім часом у багатьох регіонах світу збільшуються площі лісових пожеж і осередків шкідливих комах [159, 171]. В Україні найбільші площі осередків комах-хвоєгризів [45, 75] і лісових пожеж [22, 122] припадають на східні й південні області, тоді як осередки “короїдного” всихання поширюються переважно в Поліссі [4, 86, 93].

Поширення пожеж і осередків шкідливих комах часто пов’язані. Дерева, пошкоджені комахами-хвоєгризами, стають уразливими до дії вогню та заселення стовбуровими шкідниками, насамперед короїдами [40, 84].

Заселені стовбуровими шкідниками дерева або гілки поповнюють запаси горючих матеріалів у насадженні, що збільшує ризик поширення пожеж [34]. Пошкоджені вогнем дерева заселяють стовбурові шкідники [36], а у насадженнях на межі зі згарищами створюються умови для формування осередків комах- хвоєгризів [67]. У зв’язку із цим вивчення особливостей лісорослинних умов і характеристик насаджень, які є сприятливими для виникнення пожеж та осередків комах-хвоєгризів і стовбурових шкідників, є важливим для прогнозування та вчасного запобігання негативному впливу цих чинників на стан лісів.

Стосовно комах-хвоєгризів розроблені відповідні балові оцінки [69], а шкали оцінювання природної пожежної небезпеки земельних ділянок лісового фонду є складовою “Правил пожежної безпеки в лісах України” [98]. Особливості просторової динаміки осередків короїдів у соснових насадженнях України досі залишаються невивченими, хоча досліджено видовий склад, біологію та особливості сезонного розвитку цих шкідників [3, 40, 112, 128, 165, 167].

Водночас окрім характеристик насаджень, сприятливих для виникнення пожеж [58] та осередків шкідливих комах [69], значну роль відіграє просторове розміщення ділянок відносно сусідніх виділів. Застосування ГІС-технологій дає змогу врахувати цей вплив під час проектування оптимальних обсягів обстеження насаджень, а також проведення заходів захисту лісу від шкідників і ліквідації лісових пожеж.

Наші дослідження були присвячені виявленню особливостей поширення у соснових лісах пожеж, осередків комах-хвоєгризів і короїдів та розроблення методичних підходів для прогнозування найбільш небезпечних ділянок виникнення осередків.

Згідно із цим було приділено увагу:

• визначенню особливостей зміни класу пожежної небезпеки в соснових лісах зі зміною типу господарства, віку насаджень та категорії земель сусідніх виділів (на прикладі модельних лісогосподарських підприємств у різних природних зонах);
• вдосконаленню та апробуванню методики прогнозування поширення осередків соснових пильщиків із урахуванням зміни віку, повноти, частки сосни в складі та категорії земель сусідніх виділів;
• виявленню особливостей просторово-часової динаміки осередків “короїдного” всихання соснових насаджень (на прикладі ДП “Тетерівське ЛГ”);
• розробленню методики оцінювання принадності ділянок для формування осередків верхівкового короїда з урахуванням показників, що характеризують лісорослинні умови, насадження та зміну категорії земель сусідніх виділів.

Автори висловлюють щиру подяку директору ДП «Тетерівське лісове господарство» Гоцуляку Дмитру Степановичу, головному лісничому Черевку Івану Миколайовичу та начальнику відділу лісового господарства Федоренку Сергію Олександровичу за неоціненну допомогу під час виконання досліджень. А також своїм родинам і колегам за віру та підтримку.

РОЗДІЛ 1

ПРОСТОРОВЕ РОЗМІЩЕННЯ ОСЕРЕДКІВ ПОЖЕЖ І ШКІДЛИВИХ КОМАХ У ЛІСАХ ЯК ОСНОВА ПРОГНОЗУВАННЯ ЇХНЬОГО ПОШИРЕННЯ

ЗАСОБАМИ ГІС

1. Пожежі та комахи – важливі чинники збурення у лісових екосистемах

Останні 20 років частота виникнення, площа та інтенсивність збурень і порушень лісових екосистем, спричинених лісовими пожежами та шкідливими комахами, зросли у різних регіонах світу [135, 136, 140, 166, 168, 171]. В Україні площа всихання соснових лісів (Ріпш 8уЇУв8ігі8 ^.) охопила значну частину Полісся й поширилася на інші природні зони [4, 33, 97].

У зв’язку з підвищенням температури повітря та зменшенням кількості опадів частіше виникають пожежі [16, 20, 47-48]. Так за період 2003-2015 рр. в Україні сталося 44,6 тис. лісових пожеж, площа пошкодження лісів становила 69,9 тис. га, а загальна вартість заподіяних збитків сягала 455 млн. грн. [83].

У природних лісах, не охоплених господарською діяльністю та з нечастим відвідуванням людиною, пожежі виникають найчастіше внаслідок блискавки і поширюються за наявності великих обсягів горючих матеріалів. У решті лісів пожежі виникають в результаті участі людини, яка виявляється у безпосередньому підпалі, сприянні накопиченню горючих матеріалів або зміни структури насаджень, за якої полегшується поширення вогню [49, 50].

Водночас уразливість лісів до дії вогню залежить від погодних умов року й не є однаковою в різних регіонах і навіть у межах лісових масивів. Так виникненню пожеж сприяє суха й жарка погода, вони поширюються насамперед у хвойних молодняках, особливо за наявності захаращеності та сухостою [18, 19, 46, 121, 142, 145, 158, 164, 167].

Поширення пожеж і осередків шкідливих комах часто пов’язані [67, 78, 79, 121]. Серед комах, які найбільшою мірою впливають на санітарний стан лісів і опосередковано пов’язані з лісовими пожежами, можливо виділити дві екологічні групи – комах- хвоєгризів і стовбурових комах.

Комахи, які пошкоджують хвою, так звані комахи-хвоєгризи, ослаблюють дерева, що призводить до збільшення їхньої уразливості до дії вогню та заселення стовбуровими шкідниками. Дерева, заселені стовбуровими шкідниками, або їхні частини поповнюють запаси горючих матеріалів у насадженні, що збільшує ризик поширення пожеж [34]. Пошкоджені вогнем дерева заселяють стовбурові шкідники [3, 31, 36, 162], а у насадженнях на межі зі згарищами створюються умови для формування осередків комах-хвоєгризів [65, 67].

Одним із важливих наслідків пожеж є різке збільшення кількості ослаблених різною мірою дерев, принадних для заселення стовбуровими шкідниками. При цьому деякі види комах є фізіологічними шкідниками, які є небезпечними для живих дерев і можуть прискорити їхній відпад. Потомство комах, які заселили дерева на згарищі, розлітається на навколишні ділянки та заселяє принадні дерева. У міру зменшення кількості принадних дерев знижується щільність популяції стовбурових шкідників, і спалах масового розмноження поступово згасає [56, 133, 134, 138, 156, 161, 163, 165].

Інші види стовбурових комах заселяють переважно дерева, що всихають, сухостій, а також звалені дерева й заготовлену деревину. Види, які спричинять зниження сортності ділової деревини або перетворення ліквідної деревини на дров’яну, є технічними шкідниками [81]. Найбільш ефективним заходом запобігання цим наслідкам є вчасне вивезення зі згарищ ліквідної деревини або її термінове корування чи захист зі застосуванням інсектицидів [66, 70, 150].

Дослідження, здійснені у Лівобережному лісостепу України, свідчать, що заселеність сосни стовбуровими шкідниками у рік пожежі залежить від сезону, коли відбулося загорання, початкового санітарного стану дерев і погодних умов. Так дерева IV категорії санітарного стану на ділянці низової пожежі у перший рік заселялися частково, оскільки луб швидко висихав і втрачав придатність для розвитку стовбурових комах. Розроблено алгоритм прогнозування загрози заселення стовбуровими шкідниками дерев та їхнього відпаду у соснових насадженнях регіону [68].

Переважно це пов’язане з необхідністю одержати з горільників максимальний обсяг ліквідної деревини до її руйнування стовбуровими шкідниками. У зв’язку з цим визначено, зокрема, ймовірність заселення цими комахами дерев сосни, ушкоджених вогнем, та відпаду цих дерев через 1-4 роки після низової пожежі [40].

Екологічні умови для виникнення пожеж і осередків масового розмноження багатьох шкідників лісу подібні. Це – такі умови, які несприятливі для лісів, серед яких провідна роль належить рівню зволоження [46, 53, 103, 121].

На початку ХХ століття температура повітря на планеті почала збільшуватися нечуваними темпами, й до кінця XXI століття прогнозується її зростання в різних регіонах на 1,1-6,4 °С. Зменшилася кількість опадів в окремі періоди року, знизився рівень ґрунтових вод. Почастішали пожежі, вітровали, повені, періоди з надмірно високою чи надмірно низькою температурою, змістилися межі сезонів року [121, 132]. Це призвело до зменшення стійкості лісів до несприятливих чинників, зокрема пожеж і шкідливих комах [172-174].

Незважаючи на велику роль антропогенного чинника у виникненні пожеж, їх часто можна попередити, локалізувати й ліквідувати шляхом створення насаджень і лісових масивів, що не горять або слабко горять, обґрунтованим розчленовування лісу бар’єрами на блоки, влаштуванням системи спостереження, а також мережі під’їзних шляхів для вчасного гасіння вогню [50, 175].

Осередки масового розмноження комах-хвоєгризів в окремих насадженнях діють упродовж декількох років, і на прискорення чи подовження цих спалахів можливо вплинути використанням обґрунтованих заходів нагляду, прогнозування та за необхідності – застосування інсектицидів [71, 75].

Тривалість дії осередків стовбурових шкідників залежить від наявності доступного для заселення субстрату – сильно ослаблених дерев, їхніх залишків, а також невивезеної вчасно заготовленої деревини [103].

Так само як і ліс – явище географічне [82], пожежі та спалахи масового розмноження шкідливих комах є явищем географічним.

Географічність пожеж полягає у різній небезпеці їхнього виникнення та спричинення збитків; у різних термінах початку й закінчення пожежонебезпечного сезону; у географічних відмінностях лісів, які визначають їхню природну пожежну небезпеку; у рівні горимості лісів, що значною мірою пов’язане з різним антропогенним навантаженням; у різних економічних і екологічних наслідках пожеж у різних регіонах [30, 57].

Географічність масових розмножень комах виявляється через відмінності динаміки окремих географічних і екологічних популяцій, обумовлені особливостями сезонного розвитку комах і кормових порід у зв’язку з метеорологічними особливостями регіонів і мікрокліматом окремих ділянок насаджень [65].

Осередки масового розмноження шкідливих комах, як і лісові пожежі, найчастіше виникають у східних і південних областях України. Так у 2001-2010 рр. питома площа осередків звичайного соснового пильщика збільшилася у порівнянні з 1978-2000 р. у 14,1; 12,4; 4,3 і 1,6 разу у Донецькій, Луганській, Полтавській і Харківській областях, а питома площа осередків рудого соснового пильщика у Луганській області зросла у 35,2 разу та охопила 105,6 га/ тис. га соснових насаджень [75].

Водночас згідно з прогнозами зміни клімату, екологічні умови у Поліссі поступово наблизяться до умов Лісостепу, а умови Лісостепу

• до умов Степу [101, 174]. Прогнозується також зміна дат початку та тривалості окремих сезонів року, що матиме значний вплив на темпи розвитку та кількість поколінь шкідливих комах, зміна їхніх життєздатності та плодючості, порушення синхронності розвитку фітофага та кормових рослин, ентомофагів із фітофагами, як наслідок
• зростання шкідливості [65, 71, 104].

З урахуванням граничних значень показників, що характеризують оптимальні умови для розвитку тих або інших шкідників, можливо побудувати карти їхнього поширення за прогнозованої зміни клімату [60, 61, 64].

1. Прогнозування поширення лісових пожеж

Для попередження поширення лісових пожеж важливо знати, в яких регіонах і на яких ділянках лісу ризик їхнього виникнення є найбільшим, та створити умови для зменшення такого ризику. Ризик виникнення й розвитку лісових пожеж і ступінь їхнього впливу на лісові екосистеми визначають фізико-географічні, кліматичні та еколого-фітоценотичні чинники, а антропогенний чинник визначає масштаби цієї дії [14, 85].

Найбільш небезпечні регіони з погляду виникнення пожеж виявляють на основі аналізу багаторічної статистичної звітності стосовно кількості лісових пожеж і охопленої ними площі та визначення показника горимості лісів – відношення сумарної площі лісових пожеж до всієї лісової площі. За цими даними оцінюють розподіл пожеж за місяцями, днями тижня, у межах доби, а також їхні причини [23, 24, 28, 29, 63], оцінюють посушливість пожежонебез- печних сезонів і зв’язки цього показника з горимістю лісів. Вивчають наслідки лісових пожеж, вплив на деревостан, хімічний склад, мікофлору й мікрофлору ґрунту, живий надґрунтовий покрив і природне поновлення лісу [21, 22, 28, 88, 95, 102, 108, 109].

Під час визначення ризику виникнення пожеж беруть до уваги поширення лісових горючих матеріалів (ЛГМ), їхніх запасів, структури, вологості й теплотворності, морфологічних частин рослин (хвої, листя, гілок) чи залишків (опад, підстилка, торф) [50, 57].

Так, у США ще у 30-ті рр. минулого століття виділяли лісові ділянки з урахуванням відносного темпу поширення горіння та можливості контролювання пожежі. Згідно із сучасною системою національного оцінювання пожежної небезпеки (NР^Я8) ЛГМ розподіляють на мертві та живі [141]. Останнім часом цю класифікацію використовують і деякі вітчизняні дослідники [29].

У Канаді карти природної пожежної небезпеки складають для різних рівнів посухи, причому виділено 16 категорій ділянок рослинності як типових комплексів рослинних горючих матеріалів (риеі їурез) [18].

У лабораторії лісової пірології Інституту лісу ім. В. М. Сукачева СВ РАН лісові горючі матеріали було розподілено на групи з урахуванням їхнього розміщення в екосистемі та функції під час пожежі, а також на три категорії: провідники, підтримувачі та затримувачі горіння [50].

Провідниками горіння є лісова підстилка, опад, залишки трав і дерев, мохи та лишайники, а під час верхових пожеж – хвоя живих дерев. Підтримують горіння хвойний підріст, підлісок, сухостій, підсочені дерева, великі сучки, деякі рослини з трав’яно-кущикового ярусу. Швидко загоряються злаки та хвойні з роду Мпірегш. Затримують горіння рослини, що містять багато вологи на момент пожежі, або мають певний хімічний склад.

ЛГМ розподіляють на наземні, надземні й підземні, а також за ярусами: мохи й лишайники, кущики й трав’яну рослинність; підріст і підлісок; лісову підстилку й торф; вітровал, бурелом, пні й лісосічні залишки; хвою, охвоєні гілки в наметі деревостану [50, 57]. У подальшому ці дослідження були поглиблені [18, 19].

Дослідженнями вчених Інституту лісу ім. В. М. Сукачева СВ РАН було побудовано великомасштабні карти ЛГМ (1 : 10 000 – 1 : 50 000) на базі лісовпорядних планшетів і пірологічного опису таксаційних виділів з урахуванням відмінностей для весни, осені та літа, оскільки відрізняються основні провідники горіння [18].

Для кожного сезону та класу посухи формують окремі оперативні карти градацій пожежної небезпеки: 1) виділи, що горять; 2) виділи, що можуть горіти; 3) виділи, що не горять.

Оперативні карти показують пожежну зрілість виділів на певний час з урахуванням погодних умов на основі комплексного метеорологічного показника В. Г. Нестерова, вводячи у комп’ютер дані про вологість повітря, напрямок і швидкість вітру, за необхідності – про ухил та експозицію виділу. За запитом користувача формується звіт у будь-який момент часу щодо площі, периметра, швидкості пожежі, інтенсивності по крайці. Додатково видається прогноз можливих наслідків пожежі – відпаду у деревостані за породами, ймовірність переходу пожежі у верхову, а також розрахунок сил і коштів для гасіння пожежі [19, 119, 120].

Водночас було статистично підтверджено, що великі пожежі пошкоджують найбільш репрезентовані насадження, незважаючи на клас природної пожежної небезпеки [29].

Системні дослідження В. В. Усені [116, 117] у Білорусі виявили закономірності вікової динаміки запасів лісових горючих матеріалів

(у абс. сухому стані, т/га) у соснових і ялинових лісах у різних типах лісу. Так, запаси наземних ЛГМ (підстилка, опад, сушняк, мохи, лишайники) виявилися високими у соснових насадженнях віком 11­40 років, а максимальними – у 31-40 років. В однаковому віці цей показник є найменшим у найбідніших умовах (у сосняку лишайни­ковому у 31-40 років 13,7-15,9 т/га, а у сосняку вересовому – 27,2­30,4 г/га).

На теренах колишнього СНД з 30-х рр. XX ст. пожежну небезпеку в лісі оцінювали через типи лісу, розподіляючи їх на такі, де загоряння відбувається легко, середньо, важко та не відбувається взагалі. Дослідження у різних регіонах дали змогу розподілити типи лісу на п’ять класів природної пожежної небезпеки, причому шкала майже не змінилася [37, 38. 98].

Водночас, знайомство з дослідженнями зарубіжних країн, у тому числі Росії та Білорусі, свідчить про необхідність вдосконалення цієї шкали.

Наприклад, в основу лісопожежного районування Білорусі покладено регіональний комплексний показник потенційної небез­пеки виникнення і поширення лісових пожеж. Він враховує клас природної пожежної небезпеки лісів, лісистість регіону, рівень горимості лісів, щільність антропогенного навантаження (пропор­ційний щільності населення), а також рівень радіоактивного забруднення території [117].

Згідно з розробками УкрНДІЛГА [58, 59], під час лісовпоряд­кування для визначення класу пожежної небезпеки окремих ділянок лісу слід брати до уваги зміни типу господарства (хвойне / листяне), віку насаджень та категорії земель сусідніх виділів. Подібні розрахунки класів пожежної небезпеки з урахуванням зміни віку насаджень проведені стосовно лісів Чорнобильської зони [125].

1. Прогнозування поширення осередків масового розмноження шкідливих комах

Прогнозування поширення осередків масового розмноження шкідливих комах полягає у визначенні декількох аспектів: які види комах можуть бути небезпечними у регіоні чи насадженні, в яких

регіонах чи насадженнях є найбільшим ризик виникнення спалаху того чи іншого виду комах [65].

Аналіз багаторічної динаміки площ осередків комах-хвоєгризів дав змогу визначити регіони з найбільшим ризиком виникнення спалахів. Оцінено частоту, інтенсивність і тривалість спалахів у різних регіонах України, з’ясовано причини відмінностей цих показників стосовно різних видів комах і одних комах у різних регіонах [65, 146, 147].

Дослідження особливостей поширення осередків масового розмноження комах-хвоєлистогризів дали змогу ще понад 15 років тому розробити методичний підхід до визначення принадності діля­нок насаджень для формування осередків масового цих комах [69].

Принадність насаджень для тих або інших видів комах визначається мікрокліматом, який формується за певних лісорос- линних умов, складу порід, віку та повноти деревостанів. Тому певне поєднання значень цих показників дає змогу виділити ділянки насаджень із відсутнім (0 балів), дуже низьким (1 бал), низьким (2 бала), середнім (3 бала), високим (4 бала) та дуже високим (5 балів) ризиком формування осередків масового розмноження тих або інших видів комах.

Оцінки показників, які визначають принадність насаджень для основних видів комах-хвоєгризів, були формалізовані В. Л. Мєшко- вою [65, 69]. Підхід до балового оцінювання ризику формування осередків запроваджено у Житомирській [1, 2], Луганській [45, 75], Харківській [147-149] і Херсонській [77] областях, а також поширено на комах інших екологічних груп, зокрема на шкідників незімкнених соснових культур [80, 169].

Подібну шкалу було також розроблено для прогнозування поширення осередків соснового підкорового клопа з урахуванням типу лісорослинних умов і віку насаджень, яку впроваджено у чотирьох лісогосподарських підприємствах Новгород-Сіверського Полісся [72].

Серед чинників, які впливають на принадність соснових насаджень для формування осередків шкідливих комах, найбільш стабільним для кожного насадження є тип лісорослинних умов. Решта показників може бути змінена або внаслідок природного збільшення віку насадження, або в результаті впровадження тих або інших лісогосподарських заходів.

Так, комахи-хвоєгризи можуть випадково потрапити в листяні насадження, але не виживають там у зв’язку з несприятливим кормом (бал 0). У насадженнях, принадність яких характеризується балом 2, можуть виникати лише міграційні осередки, тобто комахи потрап­ляють у ці насадження випадково, але насадження доволі стійкі. На ділянках із типами лісорослинних умов А₃ чи В₂ (бал 3) масові розмноження комах-хвоєгризів починаються пізніше, ніж у первинних осередках, і швидко згасають. Принадними для формування осередків масового розмноження комах-хвоєгризів є ділянки із ТЛУ А₂ і Ві (бал 4), а найбільш принадними – ділянки із ТЛУ Аі (бал 5) [65].

Насадження різних віків змінюють принадність стосовно окремих видів комах-хвоєгризів. Так, рудий сосновий пильщик заселяє культури сосни ще до 20 років, звичайний сосновий пильщик надає перевагу насадженням віком понад 30 років, а сосновий шовкопряд – віком 40-70 років [69].

Дослідженнями у різних регіонах підтверджено переважне заселення комахами-хвоєгризами освітлених ділянок із низькою повнотою, а також чистих насаджень порівняно з мішаними.

З урахуванням балової оцінки кожного виділа за типом лісорослинних умов, віком, повнотою та складом насаджень у базі даних лісовпорядкування визначають загальну оцінку принадності для окремих видів комах-хвоєгризів, визначають перелік виділів для обстеження в першу чергу та підраховують сумарну площу потенційних осередків масового розмноження.

Це дає змогу для кожного виділу визначити бал загрози формування таких осередків, а для окремих масивів, лісового фонду лісництв, лісгоспів чи обласних управлінь лісового та мисливського господарства визначити перелік ділянок підвищеного ризику і загальну площу території підвищеного ризику, де необхідно здійснювати першочерговий нагляд.

Оскільки принадність ділянок для формування осередків масового розмноження комах-хвоєлистогризів визначається певними екологічним умовами, а саме мікрокліматом, можливостями живлення й розвитку цих комах і їхніх природних ворогів, тобто типом лісорослинних умов, віком, повнотою, складом порід у насадженні, то така принадність може збільшитися чи зменшитися сама зі зміною віку насаджень чи може бути зменшена чи збільшена заходами лісогосподарської діяльності.

Так виникнення у 2011 році значних площ осередків масового розмноження звичайного соснового пильщика у Сумській області було пов’язане зі зменшенням повноти деревостанів, зокрема – унаслідок вітровалів [115, 157]. Подібні одержані в Житомирській області [5]. Стосовно соснових насаджень Дослідного лісництва Степового філіалу УкрНДІЛГА розраховано прогнозовану площу осередків окремих видів комах-хвоєгризів з урахуванням зміни віку насаджень [77].

Водночас такий підхід не дає змоги оцінити деякі показники. Так, принадність ділянок насаджень для комах-хвогризів залежить від категорії земель сусідніх ділянок, причому найбільший ризик становлять ділянки, які межують із незімкненими лісовими культурами, свіжими зрубами та розробленими згарищами [152].

Численними дослідженнями доведено, що поширення стовбурових шкідників також залежить від екологічних умов, оскільки від них залежать накопичення горючих матеріалів, поширення комах-хвоєгризів, вітровалів, а також стан насаджень та їхня сприйнятливість до заселення [126, 160].

Верхівковий короїд Ірз             аситіпаіш                                                            (ОуІІепЬаІ, 1827:

Сигсиїіошбае, 8со1уїтае) є одним із найбільш помітних чинників всихання соснових лісів України в останні роки [76, 128, 131].

Згідно із концепцією П. Маніона [144], чинники тривалої дії (ргеіїі8ро8тд /асіогз) створюють передумови, які визначають сприйнятливість лісових насаджень до чинників нетривалої дії (іпсШщ/асіогз), які провокують погіршення стану лісів.

Так збільшення температури повітря та зменшення кількості опадів зареєстровано у багатьох регіонах світу [139, 166], зокрема у Поліссі [25]. Зменшення кількості опадів спричиняє зменшення стійкості дерев, а збільшення температури сприяє прискоренню розвитку комах, їхньому виживанню, розмноженню та поширенню меж ареалу [132, 171].

Зі зміною клімату зросла участь деяких видів комах у всиханні лісів. Верхівковий короїд є одним із таких видів, оскільки він є спроможним розвиватися у декількох поколіннях на рік (зокрема сестринських), ослаблювати дерева під час додаткового живлення та переносити патогенні гриби [107, 127, 131, 150, 151]. Водночас, незважаючи на низьку кількість опадів у 2015-2016 рр., інтенсивність всихання соснових насаджень на різних ділянках лісу не була однаковою [153]. Стовбурові шкідники, які заселяють ослаблені дерева, є чинники, які “супроводжують” процес ослаблення лісів (сопігіЬиіїпд/асіогз) [144].

Зазвичай спалахи короїдів розвиваються після порушень лісових насаджень, спричинених вітром, пожежею, надмірною рекреацією або лісогосподарською діяльністю, які призводять до значних змін структури насаджень (і, відповідно, мікроклімату) та утворення великого обсягу субстрату для розмноження короїдів [42, 51, 129, 139, 143, 160, 170].

Водночас кожний вид комах надає перевагу певним типам лісорослинних умов, віку й показникам структури насаджень, які найбільш сприятливі для його виживання та розвитку. Подібно до балової оцінки принадності ділянок для комах-хвоєлистогризів [65], така оцінка необхідна для оцінювання ризику поширення стовбурових шкідників.

Так у південно-східних штатах США було показано, що поширення лубоїда соснового південного (^епії^осіопш /гопІаШ 2лшшегшапп) не залежить від бонітету насаджень, а вплив типу лісу (низовина або височина) є меншим, ніж вплив складу порід [159]. Зазвичай короїди надають перевагу більш старшим деревам і насадженням. Водночас дослідження у Колорадо свідчать, що внаслідок зміни клімату почастішали спалахи стовбурових комах у молодших деревостанах [158].

Доведено, що насадження, поряд із якими утворюється зруб або згарище, а також у яких проведено рубку догляду високої інтенсивності, заселюються стовбуровими шкідниками у першу чергу [80, 153]. Оперативно визначити такі ділянки можливо лише з використанням ГІС-технологій.

Таким чином, підходи до прогнозування ризику виникнення й поширення як лісових пожеж, так і осередків масового розмноження комах у різних регіонах і насадженнях, мають багато спільного. Це дає змогу здійснювати таке прогнозування за допомогою сучасних ГІС-технологій.

1.4. ГІС-технології у виявленні, прогнозуванні й контролюванні пожеж та осередків шкідливих комах

Для реалізації лісової політики в сучасному динамічному середовищі необхідно мати гнучкий інструмент управління, побудований на останніх досягненнях інформатики і комп’ютерної техніки, зокрема геоінформаційних систем (ГІС) [35].

Геоінформаційна система (ГІС) – це комп’ютерна технологія, призначена для картування й аналізу просторових даних. Ця технологія об’єднує традиційні операції роботи з базами даних (запит, статистичний аналіз) із перевагами повноцінної візуалізації і географічного (просторового) аналізу, які надає карта.

Завдяки цьому ГІС-технології можна використовувати для аналізу і прогнозування просторово-часової динаміки різноманітних процесів, виявлення причин і наслідків, планування стратегії й тактики дій, що сприяє оперативному прийняттю ефективних рішень, зокрема у випадку виявлення та під час гасіння лісових пожеж з урахуванням можливості доступу до них транспортних засобів і людей.

Так ГІС-технології було використано під час оцінювання пожежної небезпеки в лісовому фонді Чорнобильської зони [125] згідно зі шкалою природної пожежної небезпеки [123], беручи до уваги гігротоп, вік насаджень і тип деревостану (хвойний чи листяний). Було виявлено, що у 1996 році 36 % виділів належали до класу І і 38 % до класу ІІ пожежної небезпеки, та прогнозовано, що за зміни віку насаджень у 2026 році до класу ІІ належатиме 48 % виділів, а до класу ІІІ – 26 %.

Масштабні цілеспрямовані дослідження використання ГІС- технології у виявленні, прогнозуванні й контролюванні пожеж та осередків шкідливих комах здійснюють в УкрНДІЛГА.

Перший досвід використання інформаційних технологій у лісовій галузі України стосувався створення баз даних лісовпоряд­кування та радіоекологічної ГІС лісового фонду країни [26].

Було розроблено методику векторизації лісовпорядних планшетів із растрової підкладки, перетворення даних із таксаційної бази даних ВО “Укрдержліспроект” у сучасний реляційний формат, розрахунку та ув’язки площ виділів і кварталів у межах урочищ, виготовлення всього спектра тематичних лісовпорядних картогра­фічних матеріалів [43, 43, 58, 59]. Запропоновані методичні підходи впроваджені під час лісовпорядкування в лісовому фонді десятків лісогосподарських підприємств, використані для досліджень впливу потенційних змін клімату на ліси [87, 124, 130, 137, 155], для аналізу стану лісів [94, 110] та вирішення інших практичних питань [15, 17, 32].

На початку 90-х рр. розроблені підходи до використання персональних комп’ютерів для збереження та аналізу лісопато- логічної інформації. Розроблено інформаційно-пошукову систему (ІПС) “Лісозахист”, бази даних якої включали інформацію щодо поширення осередків шкідливих комах в Україні з 1947 року на рівні областей, лісгоспів, лісництв і окремих насаджень [64, 146].

Наприкінці 90-х рр. сформульовано методичні засади викорис­тання ГІС-технологій для дослідження просторової динаміки комах- дефоліаторів [60], які набули подальшого розвитку [154] у міру вдосконалення інших напрямів ГІС-технологій у лісовій галузі, зокрема під час оцінювання ресурсного потенціалу лісового фонду [41]. Оцінено можливості застосування різних програмних засобів для створення електронних карт у лісовому господарстві [17].

Вчасне попередження поширення пожеж і осередків комах- хвоєгризів має базуватися на використанні прогнозних карт, побудованих на основі оцінювання характеристик лісорослинних умов і насаджень в окремих виділах. Відповідні балові оцінки розроблені стосовно комах-хвоєгризів [65], а шкали оцінювання природної пожежної небезпеки земельних ділянок лісового фонду є складовою “Правил пожежної безпеки в лісах України” [98].

Водночас врахувати просторове розміщення ділянок відносно сусідніх виділів, які підвищують небезпеку оцінювання ризику поширення як комах-хвоєгризів, так і пожежної небезпеки, можливо лише з використанням геоінформаційних систем (ГІС) під час лісовпорядних робіт [58, 59].

Застосування ГІС дає можливість будувати тематичні карти загрози поширення як осередків комах-хвоєгризів, так і пожеж, визначати перелік виділів високого ризику, їхню площу, проектувати оптимальні обсяги обстеження насаджень, проведення захисних заходів, а також розробляти алгоритми оптимальної мобілізації транспортних засобів у випадку виникнення лісових пожеж.

Розвиток засобів збирання та обробки матеріалів дистанційного зондування Землі (ДЗЗ) дав змогу широко використовувати їх не тільки для створення точної топографічної основи лісовпорядних матеріалів, але й для безперервного моніторингу стану лісів, оцінювання їхньої потенційної продуктивності у різних регіонах і лісорослинних умовах, впливу глобальних змін клімату на баланс вуглецю, виявлення осередків пошкодження насаджень, а також – для прогнозування масових розмножень шкідливих комах. Зі знімків ДЗ можна одержати дані щодо вологості рослинності, охопити важкодоступні ділянки, оцінити стан лісових масивів [61].

Було розроблено спосіб створення електронної карти кварталь­ної мережі лісогосподарського підприємства з використанням супутникових технологій під час виконання геодезичних робіт [111].

Дослідження поширення осередків шкідників передбачають використання ГІС-технологій на макро- та мікрорегіональних рівнях.

На макрорегіональному рівні будують тематичні карти, що характеризують поширення осередків шкідників, інтенсивність, частоту, тривалість спалахів масового розмноження, показники шкідливості комах, на картографічній основі, яку складають контури областей України, районів, лісгоспів, лісництв. На цьому самому рівні можна розміщати в окремому шарі ізолінії значень метеоро­логічних показників (температури, опадів, інтегральних індексів режиму вологості тощо), аналізувати динаміку процесів, прогно­зувати загрозу насадженням.

На мікрорегіональному рівні локалізація та динаміка осередків комах розглядається у межах окремих насаджень, оцінюється загроза насадженням у певних виділах. Для таких карт основою служать прив’язані до географічних координат контури насаджень із нанесеними межами виділів.

Найціннішим з погляду захисту лісу є виявлення осередків, коли чисельність шкідників щойно починає зростати. Згідно із системою нагляду, прийнятою в лісовому господарстві, в усіх лісництвах складають проекти рекогносцирувального нагляду, де визначають види шкідливих комах та ділянки, на яких у певні терміни за характерними ознаками виявляють наявність яєць, гусениць, лялечок, метеликів, пошкоджень, що дає основу для призначення обстеження насаджень [146-148].

Розробка балової системи принадності насаджень для форму­вання осередків шкідливих комах [65] дала змогу визначити перелік ділянок із підвищеною загрозою, загальну площу потенційних осередків, зменшити витрати коштів і часу на обстеження насаджень, на застосування захисних заходів, а також мінімізувати їхній негативний вплив на лісове середовище.

Під час проектування протипожежних заходів беруть до уваги клас пожежної небезпеки територіальних лісогосподарських одиниць [98]. Карти розподілу території лісового фонду на класи пожежної небезпеки, визначені згідно із чинною шкалою оцінювання природної пожежної небезпеки земельних ділянок лісового фонду [123], є підставою для визначення меж пожежних блоків, розташування протипожежних заслонів, розривів і мінералізованих смуг.

Методика поділу земельних ділянок лісового фонду на класи пожежної небезпеки під час протипожежного впорядкування із застосуванням ГІС [58, 59] передбачає використання картографічних баз даних, які є електронними аналогами класичних лісовпорядних карт, і баз даних лісовпорядкування, в яких інформація про кожен лісовий виділ включає десятки ознак лісових насаджень, у тому числі важливих з погляду виникнення й поширення пожежі.

Під час розрахунку класу пожежної небезпеки лісогоспо­дарського виділу оцінюють за базами даних тип господарства (хвойне чи листяне), вологість типу умов місцезростання виділу і вік насаджень.

Реалізація розробленого алгоритму з урахуванням рівня захаращення, наявність підросту заввишки не менше 2 м, підліску хвойних порід, а також додаткових джерел пожежної небезпеки ще недостатньо опрацьована.

Лабораторією нових інформаційних технологій УкрНДІЛГА нині створюється Державна Інформаційна система “Ліси України” (ДІС), яка має забезпечити оперативне накопичення, поновлення й аналіз інформації щодо стану лісів та ведення лісогосподарської діяльності у лісовпорядних експедиціях, лісогосподарських підпри­ємствах, обласних управліннях та державному Агентстві лісових ресурсів України. Система базуватиметься на потужному сервері баз даних, включатиме автоматизовані робочі місця (АРМ) спеціалістів усіх підрозділів і рівнів лісогосподарської галузі та матиме можливості для оперативного обміну даними між суб’єктами господарювання [9].

Подальший розвиток Державної Інформаційної системи “Ліси України” дасть змогу прискорити накопичення, аналіз і обмін даними між виробничими підрозділами і рівнями управління галуззю, підвищить оперативність, точність і якість отримуваних матеріалів, надасть механізми для швидкого аналізу лісогосподарської діяльності та забезпечить підґрунтя для вирішення суміжних завдань, пов’язаних із лісокористуванням, зокрема транспортуванням деревини, охорони лісу від пожеж, захисту від шкідників, розрахунки балансу вуглецю тощо [11, 17].

Висновки до розділу

1. Санітарний стан лісів останнім часом погіршується у багатьох регіонах. Найбільш важливими чинниками ослаблення лісів є пожежі та шкідливі комахи, поширеність і інтенсивність спалахів яких зростають на тлі глобальної зміни клімату та антропогенного навантаження.
2. Водночас частота, інтенсивність і тривалість пожеж і масових розмножень комах неоднакова в усіх насадженнях, а залежить від географічного положення масиву, пов’язаних із ним кліматичних чинників, а також від мікроклімату, який визначається лісорос- линними умовами та структурою насаджень.
3. Класи пожежної небезпеки не є постійними, що слід брати до уваги під час прогнозування ризику виникнення пожеж. Алгоритми визначення класів пожежної небезпеки можливо впровадити для моніторингу, вчасного виявлення та оперативного гасіння лісових пожеж за умови застосування ГІС-технологій.
4. Методику прогнозування поширення осередків комах- хвоєгризів розроблено понад 15 років тому та успішно впроваджено у багатьох регіонах. Показано, що принадність окремих ділянок для цих шкідників може змінюватися у випадку зміни повноти чи віку насаджень. Водночас технічні можливості не давали змоги враховувати розташування осередків у лісовому масиві, зокрема зміни категорії земель сусідніх виділів унаслідок стихійних лих або господарської діяльності.
5. У зв’язку зі зростанням ролі короїдів, зокрема верхівкового у всиханні сосни в лісах багатьох регіонів, важливо дослідити особливості поширення осередків “короїдного” всихання у лісових масивах і розробити алгоритм для моніторингу та прогнозування цього процесу з урахуванням показників, що характеризують лісорослинні умови, насадження та зміну категорії земель сусідніх виділів.
6. Зважаючи на наявність комп’ютерних баз даних і оцифрованих планів насаджень більшості лісогосподарських підприємств, слід залучити розроблені методичні підходи до інформаційної системи охорони лісів від пожеж і моніторингу шкідників лісу та оперативно відображати відповідну інформацію на геопорталі “Ліси України”.

ВИСНОВКИ

Наведено результати дослідження просторової динаміки пожеж, осередків комах-хвоєгризів і короїдів у соснових лісах, виявлено залежність цих явищ і процесів від лісорослинних умов, структури насаджень, розміщення у масиві, категорій земель сусідніх виділів. Розроблено методики прогнозування ризику виникнення й поширення пожеж і шкідливих комах та вдосконалено інформаційну систему охорони лісів від пожеж і моніторингу шкідників лісу.

1. Клас пожежної небезпеки земельних ділянок лісового фонду не є постійним і може змінитися зі зміною типу господарства (хвойне на листяне і навпаки), віку насаджень та категорії земель сусідніх виділів. Пожежна небезпека підвищується, якщо категорія земель сусідніх виділів змінюється з “укритих лісовою рослинністю ділянок” на “зруби”, “незімкнені культури”, “будівлі”, “садиби”, “кордони” тощо.
2. Принадність насаджень для формування осередків соснових пильщиків залежить від типу лісорослинних умов, віку, повноти, частки сосни в складі та категорії земель сусідніх виділів. Ризик виникнення осередків зростає у випадку зменшення відносної повноти насаджень та збільшення кількості виділів, які межують зі зрубами.
3. У лісовому фонді ДП “Тетерівське ЛГ” площа осередків “короїдного” всихання почала збільшуватися з 2009 року, а у 2014­2018 рр. сягала 23,5 % від усієї площі соснових лісів. На 31,1 % площі соснових лісів Тетерівського лісництва осередки виникали на межі зі зрубами, утвореними внаслідок проведення рубок головного користування та суцільних санітарних рубок.
4. Площа осередків “короїдного” всихання зростала швидше у роки з більш раннім початком вегетації та меншою кількістю атмосферних опадів за вегетаційний період.
5.  В осередках “короїдного” всихання у 28,6 % загальної кількості проаналізованих виділів, в яких у 2017 р. були призначені суцільні санітарні рубки, у попередні роки здійснювали 2-3 рази вибіркові санітарні рубки, що не зупинило процесів ослаблення насаджень.
6. Під час наростання спалаху короїдів у 2014-2016 рр. середня площа “мікроосередків” збільшилася у 2,4 разу, а відстань між “мікроосередками” у міру розвитку спалаху зменшувалася. Водночас щороку відстань між “новими” та “старими” “мікроосередками” була більшою влітку, а їхня площа – навесні.
7. У 2017-2018 рр. площа мікроосередків зменшилася, а їхній розподіл наблизився до випадкового. Водночас унаслідок несприятливих для насаджень погодних умов у різних частинах лісового масиву одночасно з’явилося багато ослаблених дерев, доступних для заселення короїдами, що призвело до подовження спалаху їхнього масового розмноження.
8. На основі аналізу просторової динаміки осередків верхівкового короїда визначено найбільше значення в цьому процесі складу насаджень та їхнього віку (насамперед заселюються чисті соснові насадження віком понад 50 років). Значення повноти насаджень є менш важливим чинником ризику поширення осередків короїдів, ніж її раптове зменшення.
9. Доведено необхідність ураховувати під час оцінювання принадності насаджень в окремих виділах для формування осередків верхівкового короїда також показники, що характеризують зміну категорії земель сусідніх виділів з “укритих лісовою рослинністю ділянок” на “зруби”, “незімкнені культури” та інші нелісові землі.
10. Належність ділянок до певного типу лісорослинних умов найбільшою мірою впливає на принадність насаджень для формування осередків комах-хвоєгризів, меншою мірою – на поширення пожеж, а найменшою – на формування осередків верхівкового короїда.
11. Зіставлення фактичного та прогнозованого переліків ділянок насаджень із загрозою виникнення пожеж і осередків короїдів, визначеною на основі балової оцінки характеристик насаджень і зміни категорії земель сусідніх виділів, свідчить про збіг зазначених переліків на 33,7 %. Достовірність прогнозування виникнення осередку “короїдного” всихання на ділянці насаджень зростає на 12,2 %, якщо така ділянка межує зі свіжим зрубом.
12. Для визначення тренду зміни площі осередків “короїдного” всихання на рівні адміністративних областей чи природних зон достатньо брати до уваги вік і склад насаджень. Водночас приуроченість осередків до окремих виділів можливо уточнити лише за аналізом повидільної бази таксаційних даних, а за наявності відповідної електронної карти – засобами ГІС з урахуванням категорії земель сусідніх виділів.
13. Завдяки наявності електронних карт і баз даних лісовпорядкування, методики прогнозування ризику виникнення й поширення пожеж і шкідливих комах включено до інформаційної системи охорони лісів від пожеж і моніторингу шкідників лісу та створено відповідний програмний комплекс. Інформація щодо динаміки осередків відображується на геопорталі “Ліси України”.

РЕКОМЕНДАЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ

Фахівцям державних лісогосподарських і лісозахисних підприємств доцільно:

• визначати ризик поширення пожеж, комах-хвоєгризів і короїдів у соснових лісах за запропонованими методичними підходами;
• здійснювати моніторинг поширення зазначених явищ із застосуванням камер відеоспостереження, дронів і коригувати під час наземного обстеження насаджень.

Фахівцям модельних державних підприємств (ДП) Полісся (“Тетерівське лісове господарство”) та Степу (“Кремінське лісомисливське господарство”) запропоновано здійснювати нагляд за поширенням осередків пожеж, комах-хвоєгризів і короїдів насамперед у виділах, перелік яких визначено з використанням розробленої методики. Це дасть змогу зменшити витрати на обстеження насаджень, на їхню обробку інсектицидами (за необхідності), а також послабити негативний вплив цього заходу на навколишнє середовище.

Виробничому об’єднанню “Укрдержліспроект” рекомендовано:

• здійснювати під час безперервного лісовпорядкування поточне коригування класів пожежної небезпеки з урахуванням зміни категорії земель сусідніх виділів;
• включити до макетів лісовпорядкування розраховані бали загрози виникнення осередків шкідливих комах.

Запропоновані методичні підходи до визначення ризику поширення пожеж, осередків комах-хвоєгризів і короїдів у соснових лісах можуть бути включені до інформаційної системи охорони лісів від пожеж і моніторингу шкідників лісу як складова програмного комплексу з можливістю оперативного відображення інформації щодо динаміки осередків на геопорталі “Ліси України”, а також використані організаціями інших відомств (Державної служби України з надзвичайних ситуацій, Міністерства оборони тощо).

Скачать книгу можно здесь:

Скачать можно здесь:
https://bit.ly/3CfuCnz